[發(fā)明專利]一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中多用戶混合波束賦形的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710949082.8
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107872258B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 王亞峰;張笛笛;肖宇
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中多用戶混合波束賦形的算法及實現(xiàn)裝置，用來實現(xiàn)大規(guī)模天線系統(tǒng)中，針對多用戶的混合波束賦形矩陣設計。首先基于射頻鏈路增益最大化準則聯(lián)合設計發(fā)送端射頻預編碼矩陣和接收端射頻合成矩陣，在此基礎上，基于信漏噪比最大化準則設計基帶波束賦形矩陣。該算法在保證有用信號接收功率最大化的同時，減小對其它用戶的信號泄露，從而在更好的逼近全數(shù)字波束賦形系統(tǒng)頻譜效率的同時，有效降低系統(tǒng)中斷概率。

技術領域

本發(fā)明涉及無線通信技術領域，具體涉及大規(guī)模天線系統(tǒng)中多用戶混合波束賦形的算法以及實現(xiàn)上述算法的裝置。

背景技術

混合波束賦形通過基帶端的數(shù)字編碼器把不同的數(shù)據(jù)流映射到相應的RF chain上，再通過RF端的模擬編碼器把不同RF chain上的數(shù)據(jù)流映射到不同的天線陣元。現(xiàn)有的關于多用戶混合波束賦形的設計主要采用基于塊對角化算法或迫零算法，這些算法在實施過程中沒有考慮噪聲因素，會導致算法對噪聲的敏感性較差。為了在提高接收端有用信號功率的同時減小對其它用戶的信號泄露，我們提出了基于射頻鏈路增益最大化準則聯(lián)合設計發(fā)送端射頻預編碼矩陣和射頻接收端合成矩陣，在此基礎上，基于信漏噪比最大化準則設計基帶波束賦形矩陣。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種大規(guī)模天線系統(tǒng)中多用戶混合波束賦形算法及實現(xiàn)裝置，該算法在設計過程中，充分考慮了噪聲的影響，在保證有用信號接收功率最大化的同時，減小對其它用戶的信號泄露，從而在更好地逼近全數(shù)字波束賦形系統(tǒng)頻譜效率的同時，可有效降低系統(tǒng)的中斷概率。

本發(fā)明的具體實現(xiàn)過程如下：

步驟1：系統(tǒng)模型

如附圖1，其中B和F分別表示BS端的數(shù)字和模擬編碼器，發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)為N_s，BS對應的RF鏈路數(shù)目為N_RF，基站天線數(shù)目為N_t，終端天線數(shù)目為N_r，w_k表示第k個MS對應的模擬編碼器。

用戶k收到的信號可以表示為(1)：

用戶k對應的速率可以表示為(2)：

其中，P為總的發(fā)送功率，σ²為噪聲的功率。

用戶k對應的信漏噪比可以表示為(3)：

式中，為第k個用戶的噪聲功率。

這里我們以信漏噪比為標準來設計HBF編碼矩陣，HBF編碼矩陣可以通過(4)獲得

步驟2：模擬編碼器設計

模擬編碼器可以通過(5)獲得

式中f_k、w_k分別表示基站端和用戶端與第k個MS對應的模擬編碼器。

對信道矩陣H_k進行SVD分解H_k＝UΣV^H，從而求解出對應的 BS端和第k個MS對應的模擬編碼器

其中和分別為酉矩陣V和U的第一列。

步驟3：數(shù)字編碼器設計

BS端的數(shù)字編碼器可以通過(8)獲得

其中式(8)的目標函數(shù)可以進一步表示為(9)